[论文解读] Accurate single- and double-differential resummation of colour-singlet processes with MATRIX+RadISH: $W^+W^-$ production at the LHC

Stefan Kallweit, Emanuele Ré+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 175被引用 53

一句话总结

本文开发了一个 Matrix+RadISH 接口，用以在颜色单态产生中执行高精度重求和（N3LL），并与 NNLO 进行匹配，并将其应用于具有 fiducial 条件的全轻子最终态的 WW 产生，获得针对多种观测量的 NNLO+N3LL 和 NNLO+NNLL 预测。

ABSTRACT

We present the combination of fully differential cross sections for colour-singlet production processes at next-to-next-to-leading order (NNLO) QCD obtained with MATRIX and all-order resummation through RadISH. This interface allows us to achieve unprecedented accuracy for various transverse observables in $2 \ ightarrow 2$ production processes. As an important application we consider $W^+ W^-$ production at the LHC, more precisely the full leptonic process $pp\ o \\ell^+\\ell^{\\prime\\, -}\ u_{\\ell}{\\bar\ u}_{\\ell^\\prime}+X$ with $\\ell'\ eq\\ell$, and we present resummed predictions for differential distributions in presence of fiducial selection cuts. In particular, we resum the transverse-momentum spectrum of the $W^+ W^-$ pair at next-to-next-to-next-to-leading logarithmic (N$^3$LL) accuracy and match it to the integrated NNLO cross section. The transverse-momentum spectrum of the leading jet in $W^+ W^-$ production is calculated at NNLO+NNLL accuracy. Finally, the joint resummation for the transverse-momentum spectrum of the $W^+ W^-$ pair in the presence of a jet veto is performed at NNLO+NNLL. Our phenomenological study highlights the importance of higher-order perturbative and logarithmic corrections for precision phenomenology at the LHC.

研究动机与目标

• 使用 NNLO+重求和框架，为颜色单态过程提供全面微分的 NNLO QCD 预测。
• 实现对横向观测量的 N3LL 重求和，并与 NNLO 截面进行匹配。
• 将该框架应用于具有完整轻子最终态和 fiducial 条件的 WW 产生。
• 提供包含 jet veto 情形的多重和双重微分重求和（pT, pT^J）。

提出的方法

• 将 Matrix 与 RadISH 接口，以在颜色单态产生中执行横向观测量的全阶重求和。
• 在 Matrix 中使用 qT-subtraction 组装 NNLO 截面，并进行受控的 r_cut 外推。
• 在动量空间使用 RadISH 对 pT 及相关观测量的对数进行 N3LL 精度的重求和。
• 将重求和结果与固定阶截面进行 NNLO+N3LL（以及 NNLO+NNLL）的匹配。
• 利用 RadISH 的双微分形式，以在 Born 动力学下对带 veto 的 pT 和 pT^J 光谱进行完全微分。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在 NNLO 精度下实现颜色单态过程的高精度、多微分重求和？
• RQ2 N3LL 重求和对颜色单态系统及相关喷注的横向动量光谱有何影响？
• RQ3 Matrix+RadISH 接口在具备完整轻子最终态和 fiducial 条件的 WW 产生中的表现如何？
• RQ4 在结合 NNLO 与 NNLL/N3LL 重求和时，带 jet-veto 的截面与喷注相关观测量有何改进？
• RQ5 在带 jet-veto 条件下，pT 与 pT^J 的双微分重求和是否能可靠实现并匹配到 NNLO？

主要发现

• 在 fiducial 条件存在的情况下，对 W+W− 对的 pT 光谱，在 NNLO+N3LL 精度下给出重求和预测用于 WW 产生。
• 在 WW 产生中，为首要 jet 的横向动量 (pT^J) 计算了 NNLO+NNLL 预测。
• 对 WW 对的 pT 进行联合 NNLO+NNLL 重求和，带 jet-veto 约束。
• 该接口使基本上任何拥有两环振幅的颜色单态过程都能够进行重求和。
• 展示了更高阶微扰和对数修正对于精确的 LHC 表观量的现象学重要性。
• 突出显示了在 jet-veto 条件下，与 ATLAS 数据在 fiducial WW 截面上的比较。